JP5256834B2 - 電動ユニット - Google Patents

Description

本発明は、車両等の駆動装置として好適な電動ユニットに関するものであり、ロータにより掻き揚げられた潤滑油を効率的に補足して回転軸に該潤滑油を供給するとともに、とくに高回転域での貯留部における潤滑油のレベルを低減して該潤滑油の掻き揚げに伴うロータのエネルギーロスを極力軽減しようとするものである。

車両等の駆動装置として適用される従来の電動ユニットとしては、軸受けを介して回転可能に支持されたロータと、このロータの胴体外周壁を全域にわたって取り囲むステータと、このステータ及びロータを内側に納める密閉空間を有しその下部に潤滑油の貯留部を形成するケースとによって構成されたものが一般的であり、ロータの回転により貯留部の潤滑油を掻き揚げ、必要個所への潤滑油の供給を可能としている。

ところで、この種の電動ユニットは、潤滑油に浸漬されるロータの浸漬レベルが比較的深いためロータの回転に伴う撹拌損失が大きい不具合があった。

上記の問題の解決を図った先行技術としては、駆動軸に動力を出力可能とする回転電機と、冷却媒体を貯留し回転電機の構成要素の一部を浸漬させた状態とする下部貯留部と、この下部貯留部の冷却媒体を回転電機の養成要素の少なくとも一部にかかるように流出させる流出口を有する上部貯留部と、下部貯留部に貯留されている冷却媒体を冷却して上部貯留部へ供給する冷却部と、を有する冷却手段を備えた駆動装置が知られている（例えば、特許文献1参照）。
特開2005-117790号公報

係る駆動装置は、ユニットの上部に冷却媒体の貯留部が設けられているため、ロータの回転によって冷却媒体を上部の貯留部に供給することによりロータの冷却媒体における浸漬レベルを浅くすること可能でありロータの回転に伴う撹拌損失が従来のものに比較して低減できるとされていた。

しかしながら、該電動装置は、上部の貯留部を設置するスペースが必要でありユニットそのものの体積が大きくなること、また、設置位置が高くならざるを得ないので潤滑油の汲み上げに要するエネルギーロスが大きくなること、さらに、ロータの回転により飛散した潤滑油をキャッチ、回収するものであるから回収効率がよいとは言えずロータの回転に際して潤滑油のレベルを低減できる効果が得にくい等の問題が残されていた。

本発明の課題は、上記のような従来の問題を解消し得る電動ユニットを提案するところにある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その具体的手段は、軸受けを介して回転可能に支持されその一端が出力軸につながるロータと、このロータの胴体外周壁を全域にわたって取り囲むステータと、このステータ及びロータを内側に納める密閉空間を有しその下部に潤滑油の貯留部を形成するケースとを備えた電動ユニットにおいて、
前記ロータ内に、その胴体側壁の一端側が開放形状となっており、ロータの回転に伴って貯留部の潤滑油を収納する油溜り部を設け、
前記ロータの回転停止状態において、前記貯留部の潤滑油と前記油溜り部の潤滑油とが、前記胴体側壁の一端側開放を通して連通している。

電動ユニットを、軸受けを介して回転可能に支持されその一端が出力軸につながるロータと、このロータの胴体外周壁を全域にわたって取り囲むステータと、このステータ及びロータを内側に納める密閉空間を有しその下部に潤滑油の貯留部を形成するケースとを備えた構成とし、該ロータに、その胴体側壁の一端側で開放され、ロータの回転に伴って貯留部の潤滑油を収納する油溜り部を設ける。そして、ロータの回転停止状態において、貯留部の潤滑油と油溜り部の潤滑油とが、胴体側壁の一端側開放を通して連通している設定とすることで、ロータの停止時においては潤滑油の油面レベルを比較的高く保つことができる一方、ロータの回転に際しては、胴体側壁の一端側開放を通して油溜り部に流れ込む潤滑油に遠心力が作用して油溜り部の全域（全周）で潤滑油を保持することが可能となり、その結果として、貯留部に存在する潤滑油の油面レベルが下がるため、潤滑油の掻き揚げエネルギーが小さくなり、とくに高速回転時で懸念される撹拌損失（潤滑油の撹拌に伴う損失）を無駄なスペースを必要とすることなしに大幅に低減することができる。

以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図１は本発明にしたがう電動ユニット（電動モータ）の実施の形態（第１実施例）を側面の断面について示した図である。

図における１は電動モータを構成するロータである。このロータ１は軸受けｒ_１、ｒ_２にて回転可能に支持される軸部１ａ（軸心には油路１ａ_１が形成されている）と、この軸部１ａに一体連結する側壁部１ｂ（回転軸心０と直交する向きで一体連結する）と、この側壁部１ｂの外縁部につながる片持ち支持状の環状体１ｃからなり、該環状体１ｃの自由端にはロータ１の胴体外側壁の縁部高さｈをその全周にわたって確保する仕切り壁１ｃ′が設けられている（仕切り壁１ｃ′の先端部は軸部１ａを向いている）。

環状体１ｃはその外周面1ｃ_１にてロータ１の胴体外周壁を形成する。また、該環状体１ｃと側壁部１ｂによりその内側に軸部1ａの回転軸心０に沿う向きに開放された区画凹所が形成されており（ロータ１の胴体側壁が開放された状態）、環状体1ｃの内周面１ｃ_２、側壁部１ｂ及び仕切り壁１ｃ′により油溜り部Ｍが形成される。

また、２はロータ１の胴体外周壁を全域にわたって取り囲むステータである。このステータ２は内周面に空間部をもつ円筒形状をなしており外周部をケースに固定保持することによりロータ１に発生する駆動力の反力を受けるようになっており、その周りには複数のマグネットコイル（ステータ発熱部）２ａが巻き回されている。マグネットコイル２ａに交流電力を供給することでステータ２に回転磁界が発生する。

３はロータ１を構成する環状体１ｃの外周面１ｃ_１に等間隔で設けられた永久磁石であり、この永久磁石３にはステータ２において発生した回転磁界に応じて回転力が生じるようになっている（電動機タイプとして同期電動機を構成する）。

４はステータ２及びロータ１を内側に納める密閉空間を有するケースである。このケース４はケース本体４ａと、このケース本体４ａの開口端に合わさり内側を密閉状態に保持する蓋体４ｂからなり、その下部には潤滑油を貯留する貯留部Ｎが形成されている。ケース本体４ａの軸受け箱４ａ_１においてはオイル収納部Ｐが形成されている。

貯留部Ｎには、ロータ１の環状体１ｃにおいて仕切り壁１ｃ′が浸漬する程度のレベルになるように定められた潤滑油（オイル）が貯留、封入されている。

また、５は永久磁石３を避けるように環状体１ｃの両側幅端に設けられたオイル噴出用の開孔（オイル放出孔）である。この開孔５は環状体１ｃの内周面から外周面に向けて貫通しており、ロータ１の回転により油溜り部Ｍ内のオイルをステータ２の発熱部（マグネットコイル２ａに相当する）に向けて噴出させることができるようになっている。

６はケース４の蓋体４ｂの中央部に形成された凹所に配置され、ロータ１の軸部１ａにつながる減速機である。この減速機６は遊星歯車機構を使用した構成例として示してあり、ロータ１の軸部１ａの右端部に取り付けられるサンギア６ａと、蓋体４ｂの凹所において固定保持されたインターナルギア６ｂと、この相互間に回転自在に配設され出力軸６ｃをキャリアとする複数個のピニオンギア６ｄからなっている。

かかる減速機６においてはピニオンギア６ｄがインターナルギア６ｂ上を自転しながら出力軸６ｃが公転することでロータ１の回転に対して減速された回転数で該出力軸６ｃから動力が出力される。

図２（ａ）〜（ｃ）は上掲図１に示した電動ユニットの油溜り部Ｍにおけるオイルの挙動を模式的に示した図である。

ロータ１が停止した状態にあるときは、図２（ａ）に示すように油溜り部Ｍには予め封入したレベルに応じたオイル（Ｔ_１）が保持されている。

ロータ１が回転し始める低速回転域では、図２（ｂ）に示すように油溜り部Ｍに入っているオイルはロータ１に作用する遠心力により該油溜り部Ｍ内で環状体１ｃの内周面に沿い回転数に応じて所定の高さまで引き上げられる。

さらに、回転数が増していく中速〜高速回転域では、遠心力はより一層高まることになり図２（ｃ）に示すように油溜り部Ｍの全周にわたってオイルが充満することになる。

ここに、図２（ｃ）に示すような状態では、油溜り部Ｍ内に収納されたオイル量だけ貯留部Ｎ内のオイルが減少することになりオイルレベルが（Ｔ_２）となり（油面が下がる）ロータ１の回転に伴い発生する撹拌損失が軽減される。

油溜り部Ｍ内に収納されたオイルは環状体１ｃに形成された開孔５を通してステータ２の発熱部に確実に当てることができ、オイルの噴出はロータ１の回転により発生する遠心力を利用して行われるのでそのための動力源を別途に設ける必要がなく、簡便で抜熱効率の高い冷却が行われることになる。

ステータ２の発熱部の冷却に費やされたオイル（飛散したオイル）はケース本体４ａの軸受け箱４ａ_１に隣接して形成されたオイル収納部Ｐにて回収され、ロータ１の油路１ａ_１を通り各軸受け、減速機６へと送給されることになる。

上掲図１に示した構成になる電動ユニットにおいては、環状体１ｃに設けた仕切り壁１ｃ′が漬かる程度のレベルまでオイルを封入する場合について説明したが、ロータ１の回転によりオイルを飛散させて油溜り部Ｍに導くことが可能であれば貯留部Ｎにおけるオイルレベルを低下させることができ、ロータ１の停止状態で環状体１ｃが仕切り壁１ｃ′とともに貯留部Ｎのオイルに必ずしも漬かる必要はない。

図３は本発明にしたがう電動ユニットの他の実施の形態（第２実施例）をロータの断面について示した図である。

係る構成の電動ユニットは環状体１ｃの内周面に間隔を隔てて複数の起立壁７を設け、この起立壁7により油溜り部Ｍをその周りで複数に分割し区画領域を形成したものである。

油溜り部Ｍを複数に分割する区画領域を設けると、開孔５におけるオイルの放出量が供給量を上回る場合においても大部分のオイルが油溜り部Ｍに留まることになるのでステータ２の発熱部の効率的な冷却を行うと同時に、貯留部Ｎにおいてオイルレベルを低減させることが可能となる。

この構造の電動ユニットでは、開孔５を設けず、起立壁７でもって油溜り部Ｍを分割する構成のみで構成することも可能であり、係る構成においては、起立壁７でオイルを掻き揚げることができステータ２の発熱部の冷却が行え、また、油溜り部Ｍでのオイルの流動を防止して低回転域でのオイルレベルの低減効果が向上する。

図４は本発明にしたがう電動ユニットの他の実施の形態（第３実施例）をロータの断面について示した図である。

係る構成の電動ユニットは、起立壁７を、ロータ１が正方向へ回転する向きに傾いた傾斜壁としたものである。起立壁７を回転方向前方に傾斜させた傾斜壁とすることにより、貯留部Ｎのオイルを油溜り部Ｍへ向けてより確実に掬い揚げることができ低回転域でのオイルの掻き揚げ効果をより一層増強することが可能となり、低速回転域での貯留部Ｎにおけるオイルレベルをより低減することができる利点がある。

図５は本発明にしたがう電動ユニットのさらに他の実施の形態（第４実施例）をロータの断面について示した図である。

係る構成の電動ユニットは、環状体１ｃの外周面１ｃ_１に設けた永久磁石３の周方向に沿う寸法Ｌにほぼ対応させるべく内周面１ｃ_２に起立壁７を設け、その起立壁７相互間の中央部（永久磁石３の周方向寸法の中央に対応する位置）にオイル噴出用の開孔５を形成したものである。

上記の構成になる電動ユニットにおいて、ロータ１の主熱源である永久磁石３の配置に対応させて油溜り部Ｍでのオイルの流動性を確保することで、永久磁石３からオイルへの熱伝導が増加され、該永久磁石３の発熱を効率的に外部に伝達できるようになるため、耐熱性能が改善され、電動ユニットの運転能力（連続出力）を向上させることが可能となる。

図６は本発明にしたがう電動ユニットのさらに他の実施の形態（第５実施例）を示した図である。

係る構成の電動ユニットは、ケース本体４ａ及び蓋体４ｂの対面側壁（ロータ１と対面する側壁）を相互に近接させてオイルの貯留部Ｎの、オイルの油面を含む領域に、狭窄部（幅狭部）８を設けたものである。

ロータ１の停止時、回転時にかかわりなくオイルレベル（図中の実線が停止時におけるオイルレベル、仮想線が運転時のオイルレベル）は狭窄部８に位置するが、該狭窄部８を設けることによりロータ１の停止時、回転時においてオイルレベルの変動幅を大きくすることができ（狭窄部８のオイル体積に対し油溜り部Ｍの体積を相対的に大きくすることができる）、ロータ１の回転に伴う撹拌損失をより一層低減することが可能となる。

図７（ａ）〜（ｃ）は上掲図６に示した電動ユニットの油溜り部Ｍにおけるオイルの挙動を、停止時、低速回転時及び中〜高速回転時について模式的に示した図であり、とくに、中〜高速回転時においては低速回転時に比較して貯留部Ｎにおけるオイルレベルをさらに低減することができる。

狭窄部８を設けた電動ユニットでは、ロータ１と対面する壁面以外は通常の形状を維持することになるので貯留部Ｎにおけるオイルの収納量の減少は限定的であり、とくに問題になることはない。

狭窄部８を形成するため本実施例では、ケース本体４ａと蓋体４ｂの形状を変更する場合について示したが、他の部材を用いて狭窄部８を形成してもよく、この点については限定されない。

図８は本発明にしたがう電動ユニットのさらに他の実施の形態（第６実施例）を示した図である。

係る構成の電動ユニットは、ロータ１が停止状態にあるとき、減速機６の回転部材（ピニオンギア６ｄ）が貯留部Ｎに存在するオイルに浸されている（図中実線で表示）が、ロータ１が回転して油溜り部Ｍにオイルが保持された場合には貯留部Ｎのオイルに浸されることのないようにオイルレベルを設定したものである（図中仮想線で表示）。

減速機６を構成する歯車等は潤滑が必要不可欠であり、ロータ１が停止している状態で貯留部Ｎに存在するオイルに浸漬させることで運転初期の潤滑を可能とする。運転中はオイルレベルの低下により減速機６の構成部材がオイルに漬からないので撹拌フリクションが低減され、ロータ１の撹拌損失についても低減されることできるので、確実な潤滑と撹拌損失の低減（信頼性確保とユニット効率向上）の両立を図ることが可能となる。

本発明では、減速機６として遊星歯車機構を用いたものについて説明したが、他の動力伝達機構、変速機構を採用した場合においても同様の効果を得ることができるものであって、遊星歯車機構は一例にすぎない。

ロータの胴体側壁を開放して油溜り部を設け、貯留部に収納したオイルを、ロータの回転に伴って該油溜り部に保持する構成としたので、ユニットの駆動中、貯留部のオイルレベルを下げることが可能となり、その結果、ロータの回転によるオイル撹拌に伴う損失を大幅に低減できる。

ロータに設けた油溜り部から油放出孔を通してオイルを噴出させることにより、ステータの発熱部（例えば、マグネットコイルのエンド部）を確実かつ効率的に冷却することが可能となりステータの冷却効率が著しく改善される。

油溜り部を周方向に沿って複数に分割する区画領域を設け、その相互間に複数の部屋を形成することで、起立壁によるオイルの掻き揚げにより比較的低速回転域から油溜り部において貯留部のオイルを保持することが可能となりロータの低速回転時の撹拌損失が低減できる。

区画領域を形成する起立壁として、ロータが正方向へ回転する向きに傾いた傾斜壁を適用すると、傾斜壁、側壁部及び環状体によってロータの回転方向に対してオイルポケットが形成されるので、貯留部を通過する際に該オイルポケットによりオイルを掬い挙げる効果が得られ、より低速回転域から確実にオイルレベルを低減することが可能となる。

区画領域の一部に、ステータの発熱部に向けてオイルを噴出させる開孔を設けることで、ステータの発熱部により近い位置からオイルを噴出させることができるので、油溜り部にオイルを確実に保持することによるオイルレベルの低減機能とあわせて確実で効率的な冷却を行い得る（撹拌による損失を低減する機能と、確実で効率的な冷却を行い得る機能の両方の機能を合わせもつ）。

環状体の外周面に設けた永久磁石の周方向に沿う寸法にほぼ対応させるべく内周面に起立壁を設け、その起立壁相互間の中央部（永久磁石の周方向寸法の中央に対応する位置）にオイル噴出用の開孔を形成することで、ロータの主熱源である永久磁石の配置に対応する油溜り部でのオイルの流動性を確保することが可能となり、永久磁石からオイルへの熱伝導が増加され、該永久磁石の発熱を効率的に外部に伝達できるようになるため、耐熱性能が改善され、電動ユニットの運転能力（連続出力）を向上させ得る。

ケース本体及び蓋体の対面側壁（ロータと対面する側壁）を相互に近接させてオイルの貯留部の、オイルの油面を含む領域に、狭窄部（幅狭部）を設けることによりロータの停止時、回転時においてオイルレベルの変動幅を大きくすることができ（狭窄部のオイル体積に対し油溜り部の体積を相対的に大きくすることができる）、ロータの回転に伴う撹拌損失をより一層低減することが可能となる。

ロータと同軸上に減速機を設けた電動ユニットにおいては、ロータが停止状態にあるとき、減速機の回転部材（ピニオンギア）が貯留部に存在するオイルに浸され、ロータが回転して油溜り部にオイルが保持された場合には貯留部のオイルに浸されることのないようにオイルレベルを設定することで、
運転初期における減速機の潤滑が可能となり、この場合もロータが回転する運転時にロータの撹拌損失を低減することできるので、確実な潤滑と撹拌損失の低減（信頼性確保とユニット効率向上）の両立を図ることが可能となる。

本発明にしたがう電動ユニット（電動モータ）の実施の形態（第１実施例）を示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は図１に示した電動ユニットの油溜り部におけるオイルの挙動を模式的に示した図である。 本発明にしたがう電動ユニットの他の実施の形態（第２実施例）をロータの断面について示した図である。 本発明にしたがう電動ユニットの他の実施の形態（第３実施例）をロータの断面について示した図である。 本発明にしたがう電動ユニットのさらに他の実施の形態（第４実施例）をロータの断面について示した図である。 本発明にしたがう電動ユニットのさらに他の実施の形態（第５実施例）をロータの断面について示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は図６に示した電動ユニットの油溜り部におけるオイルの挙動を模式的に示した図である。 本発明にしたがう電動ユニットのさらに他の実施の形態（第６実施例）を示した図である。

符号の説明

１ ロータ
１ａ 軸部
１ｂ 側壁部
１ｃ 環状体
２ ステータ
２ａ マグネットコイル
３ 永久磁石
４ ケース
４ａ ケース本体
４ｂ 蓋体
５ 開孔
６ 減速機
６ａ サンギア
６ｂ インターナルギア
６ｃ 出力軸
６ｄ ピニオンギア
７ 起立壁
８ 狭窄部
ｒ_１、ｒ_２ 軸受け
Ｍ 油溜り部
Ｎ 貯留部
Ｐ オイル収納部

Claims (10)

1. 軸受けを介して回転可能に支持されその一端が出力軸につながるロータと、このロータの胴体外周壁を全域にわたって取り囲むステータと、このステータ及びロータを内側に納める密閉空間を有しその下部に潤滑油の貯留部を形成するケースとを備えた電動ユニットにおいて、
   前記ロータ内に、その胴体側壁の一端側が開放形状となっており、ロータの回転に伴って貯留部の潤滑油を収納する油溜り部を設け、
   前記ロータの回転停止状態において、前記貯留部の潤滑油と前記油溜り部の潤滑油とが、前記胴体側壁の一端側開放を通して連通している
   ことを特徴とする電動ユニット。
2. 前記ロータは、軸受けに直接支持される軸部と、この軸部に一体連結する側壁部と、この側壁部の外縁部につながり外周面にてロータの胴体外周壁を形成するとともに、該側壁部との協働により内周面にて油溜り部を形成する環状体からなる、請求項１記載の電動ユニット。
3. 前記環状体は、油溜り部に保持した潤滑油をロータの回転に伴ってステータの発熱部に向けて噴出させる油噴出孔を有する請求項２記載の電動ユニット。
4. 前記油溜り部は、周方向に沿って複数に分割された区画領域からなる請求項１〜３の何れかに記載の電動ユニット。
5. 前記区画領域は環状体の内周面に間隔を隔てて配置された起立壁によって形成されたものであり、該起立壁は、ロータが正方向へ回転する向きに傾いた傾斜を有する請求項４記載の電動ユニット。
6. 前記区画領域はその一部に、ステータの発熱部に向けて潤滑油を噴出させる油噴出孔を有する請求項４又は５記載の電動ユニット。
7. 前記ロータは、胴体外側壁の周りに沿い等間隔にて配置された永久磁石を有する請求項１〜６の何れかに記載の電動ユニット。
8. 前記油溜り部は、ロータの胴体外側壁の縁部高さが貯留部に存在する潤滑油のレベルよりも低い位置に設定されている請求項２〜７の何れかに記載の電動ユニット。
9. 前記ケースは、潤滑油の貯留部の、該潤滑油の油面を含む領域に対面側壁を相互に近接させた狭窄部を有する請求項１〜８何れかに記載の電動ユニット。
10. 前記ケース内に、ロータと同軸になる軸部を有し、該ロータと出力軸とを相互につなぐ減速機を設け、
    貯留部の潤滑油は、該ロータが停止状態にある際には該減速機の回転部材が潤滑油に浸されているが、該ロータが駆動状態にある際には減速機の回転部材が潤滑油に浸されることのないレベルを有する請求項１〜９の何れかに記載の電動ユニット。

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